L'omniprésence des appareils électroniques rend indispensable l'utilisation d'outils de cryptage et de lutte contre la contrefaçon pour protéger la vie privée et la sécurité des utilisateurs. Avec l'expansion croissante de l'Internet des objets, la protection contre les attaques qui portent atteinte à l'authenticité des produits est de plus en plus nécessaire. Traditionnellement, la protection des messages repose sur différents systèmes :mots de passe, signatures numériques ou cryptage. Cette cryptographie est basée sur des clés inconnues d'un éventuel attaquant, mais malheureusement ces systèmes deviennent obsolètes avec l'apparition de nouvelles attaques plus invasives :malwares, Attaques API ou attaques matérielles physiques.

Alors que l'informatique quantique progresse lentement vers le paradigme cryptographique, les fonctions dites physiquement non clonables (PUF) sont présentées comme le choix pour assurer une identification unique et efficace. Un PUF est un dispositif qui possède des propriétés physiques uniques et non répétables qui peuvent être traduites en bits d'information utilisables. L'idée d'appliquer des caractéristiques physiques aléatoires pour identifier des systèmes ou des personnes n'est pas nouvelle :par exemple, l'identification des individus à l'aide de l'empreinte digitale date du XIXe siècle. Plus récemment, l'identité des appareils électroniques a été établie à l'aide de PUF, qui sont des "empreintes électroniques" d'un circuit intégré.

L'authentification basée sur les PUF comprend une puce fabriquée par des processus intrinsèquement aléatoires qui rendent le clonage presque impossible, même si tous les détails du processus de fabrication sont connus. Les mesures des différentes propriétés physiques du PUF dépendent des propriétés de la puce à l'échelle nanométrique, constituent ainsi une technologie anti-fraude et anti-contrefaçon très puissante. Pour être implémentable à un niveau industriel, cette puce doit être à faible coût, évolutive et ses propriétés doivent être facilement mesurables au moyen d'une fonction identifiable.

Enrique Burzuri, Daniel Granados et Emilio M. Pérez (chercheurs à IMDEA Nanociencia) ont proposé un PUF ingénieux et simple à base de nanotubes de carbone. Les nanotubes de carbone sont assemblés par diélectrophorèse à une série de 16 électrodes formant des jonctions aléatoires :dans chaque paire d'électrodes il y en a une, plusieurs ou pas de nanotubes. La mesure des courbes intensité-tension fournit un modèle unique qui est inhérent à chaque PUF et est presque impossible à reproduire. Cette nanotechnologie exploite une caractéristique des nanotubes de carbone habituellement préjudiciable :la difficulté d'obtenir des nanotubes de carbone de chiralité identique, C'est, avec des propriétés électroniques identiques (conducteur ou semi-conducteur). Aussi, les défauts de fabrication inhérents tels que les lacunes ou les fonctionnalités oxygène font que deux nanotubes de carbone de même chiralité n'ont pas la même conductance. Ces inconvénients ont été transformés en le point fort du PUF.

Ces PUF conçus à IMDEA Nanociencia sont des dispositifs physiques facilement mesurables qui fournissent à chacun d'eux un modèle de conductance intrinsèque extrêmement difficile à reproduire. Étant donné le même PUF, deux entrées différentes produisent des réponses différentes, et étant donné la même entrée, deux PUF produisent deux réponses différentes. De cette façon, ces PUF à base de nanotubes de carbone peuvent être identifiés par la valeur des réponses qu'ils génèrent à des intrants spécifiques. Tout défaut de PUF n'est pas valide ici ; il doit être mesurable et fournir une signature unique. Il existe actuellement plusieurs types de PUF basés sur des propriétés physiques telles que la réflectivité ou l'anisotropie magnétique. Cependant, la mesure actuelle proposée par Burzurí et al. c'est le plus simple, le moins cher (une étape de lithographie) et le plus facilement implantable dans un circuit électronique, en plus d'être potentiellement extensible à un plus grand nombre d'électrodes pour augmenter sa complexité. Ces PUF pourraient être implémentés dans les smartphones, microcontrôleurs, capteurs intelligents, actionneurs et pourrait également être utilisé comme signature numérique.